(57)【要約】【課題】波長が互いに異なる複数の発光を得る場合にも原材料の種類を増加させることなく、紫外領域から青紫領域、および赤色領域における色光を発光することができ、耐久性に優れ、組成比の変更に伴う発光輝度の最適化を容易に図りうる、無機ＥＬ材料、無機ＥＬ素子および画像表示装置を得る。【解決手段】ガラス基板６上に、下部電極層５、下部絶縁層４、無機ＥＬ材料層３、上部絶縁層２、および上部電極層１を順次積層することにより形成されており、電源部８により両電極層１、５間に所定の交流電圧が印加されると、無機ＥＬ材料層３において、紫外領域から青紫色領域、および赤色領域のＥＬ発光が生じる。無機ＥＬ材料層３は、母体材料として、ＳｒＳｂ２Ｏ６およびＳｒＳｂ２Ｏ４が用いられ、ＭｎイオンまたはＥｕイオンが付活された蛍光層である。【選択図】図１
2007204685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学式ＳｒＳｂ２ＯＸで表される化合物を母体材料とする無機エレクトロルミネッセンス材料において、
前記母体材料は、Ｘ線回折スペクトルにおける最大ピークが下式（１）で表されるＳｒＳｂ２Ｏ６、またはＸ線回折スペクトルにおける最大ピークが下式（２）で表されるＳｒＳｂ２Ｏ４、を含むように構成されてなることを特徴とする無機エレクトロルミネッセンス材料。
２θ＝１６．５度、および２５．６度      （１）
２θ＝１８．５度、および２８．０度      （２）
ここで、２θは、回折角
【請求項２】
前記母体材料にＭｎイオンまたはＥｕイオンを付活することを特徴とする請求項１記載の無機エレクトロルミネッセンス材料。
【請求項３】
請求項１または２に記載の無機エレクトロルミネッセンス材料を含む無機エレクトロルミネッセンス層と、
該無機エレクトロルミネッセンス層の対向する面の少なくとも一方に形成された絶縁層と、
該無機エレクトロルミネッセンス層を前記対向する面の対向方向に挟むように、かつ各々が、該無機エレクトロルミネッセンス層または該絶縁層の少なくとも一方と接するように配された１組の電極と、
を備えたことを特徴とする無機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
請求項３に記載の無機エレクトロルミネッセンス素子を含み、該無機エレクトロルミネッセンス素子の１組の電極のうち、いずれかの電極側から見たときに、これら２つの電極が、互いに交差するように配列されていることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型、長寿命、高精細、高コントラスト等の利点を有するＥＬディスプレイ装置に用いられる、無機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）材料、無機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子および画像表示装置（表示器）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと称する）素子は、物質に電界をかけた際に発生する発光現象を利用した発光素子であり、例えばＺｎＳ等の無機材料をべースにした無機ＥＬ素子が知られている。この無機ＥＬ素子は、耐久性に優れ、かつ、消費電力を低く抑えることができるので、軽量、大型のフラットパネルディスプレイ等の画像表示装置や表示器への応用が期待されている。
【０００３】
ところで、画像表示装置や表示器をカラー表示させるためには、一般に、赤色、緑色、青色の３原色光、さらには白色光などの、互いに異なる色発光が必要となる。そこで、従来の無機ＥＬ素子は、ＺｎＳや、ＳｒＳといった２族元素と６族元素の化合物をベースとして作製されており、例えば、ＺｎＳにＭｎを微量添加したものにより黄橙色の発光を、またＺｎＳにＴｂ（テルビウム）等を添加したものにより緑色の発光を、各々得るようにしている（下記非特許文献１のｐ．３４２を参照）。また、ＳｒＳにＣｅを添加したものにより青緑色の発光を得ること、さらにはＣｅイオンを含有したストロンチウムチオガレート（ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｃｅ）により青色の発光を得ることが、各々知られている（下記非特許文献１のｐ．３４４を参照）。
【０００４】
一方、このような無機ＥＬ材料の作製方法としては、主にＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の成膜方法が用いられる。また、この無機ＥＬ材料の対向する面のそれぞれに薄膜状の電極を形成することで無機ＥＬ素子が作製され、この無機ＥＬ素子の二つの電極間に所定電圧をかけると、当該無機ＥＬ材料に固有の発光現象が現れる。
このように、カラー表示を可能とするために、従来より、各種無機ＥＬ材料が作製されるところとなっている。
【０００５】
【非特許文献１】フラットパネルディスプレイ大辞典、工業調査会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した無機ＥＬ材料において、Ｍｎを添加して得られる発光色は黄橙色であり、ＺｎＭｇＳを母体材料とした場合には緑色発光成分が若干増加する（上記非特許文献１のｐ．３５７を参照）ものの、青色の発光は得られていない。
【０００７】
また、従来より画像表示装置や表示器のカラー表示に必要な複数種の発光色を得るために、同一の母体材料に互いに異なる付活剤を添加する手法と、互いに組成が全く異なる母体材料（例えば、ＺｎＳとＳｒＳ）を用いる手法とが知られているが、いずれの手法によっても、作製工程において多種類の材料が互いに混じり合わないように慎重に作業を進めなければならず煩に耐えない。
【０００８】
また、紫外線を可視光に変換して種々の発光色とすることができる無機ＥＬ材料としてＺｎＦ２：Ｇｄが知られている（非特許文献１のｐ．３４２を参照）。この発光波長は３１１ｎｍで、青色光−紫外線境界波長に比してかなり短波長となっており、一般的なガラス材料（基板材料）の透過率が低下する波長域となっており、基板を介して紫外線を取り出すことが困難である。また、フッ化物（ＺｎＦ２）の場合はイオン性が強く、画像表示装置や表示器に使用する場合には耐久性の点で問題がある。
【０００９】
さらに、母体材料に付活剤を添加することなく発光させる無機ＥＬ材料も知られているが、一般に、母体材料の組成比を変えた場合には母体材料の結晶品質が低下することになるため、母体材料の組成比を変えて発光輝度の最適化を図ることは困難であり、このような無機ＥＬ材料の実用化は難しい（特許第３４７２２３６号公報参照）。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、波長が互いに異なる複数の発光を得る場合にも原材料の種類を増加させることなく、紫外領域から青紫領域、および赤色領域における色光を発光することができ、耐久性に優れ、組成比の変更に伴う発光輝度の最適化を容易に図りうる、無機ＥＬ材料、無機ＥＬ素子および画像表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の無機ＥＬ材料は、
化学式ＳｒＳｂ２ＯＸで表される化合物を母体材料とする無機ＥＬ材料において、
前記母体材料は、Ｘ線回折スペクトルにおける最大ピークが下式（１）で表されるＳｒＳｂ２Ｏ６、またはＸ線回折スペクトルにおける最大ピークが下式（２）で表されるＳｒＳｂ２Ｏ４、を含むように構成されてなることを特徴とするものである。
２θ＝１６．５度、および２５．６度      （１）
２θ＝１８．５度、および２８．０度      （２）
ここで、２θは、回折角
【００１２】
また、前記母体材料にＭｎイオンまたはＥｕイオンを付活することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の無機ＥＬ素子は、
上述したいずれかの無機ＥＬ材料を含む無機ＥＬ層と、
該無機ＥＬ層の対向する面の少なくとも一方に形成された絶縁層と、
該無機ＥＬ層を前記対向する面の対向方向に挟むように、かつ各々が、該無機ＥＬ層または該絶縁層の少なくとも一方と接するように配された１組の電極と、
を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、本発明の画像表示装置は、
前記無機ＥＬ素子を含み、該無機ＥＬ素子の１組の電極のうち、いずれかの電極側から見たときに、これら２つの電極が、互いに交差するように配列されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の無機ＥＬ材料によれば、Ｘ線回折スペクトルにおいて２θ（回折角：以下同じ）が１６．５度および２５．６度にピークをもつＳｒＳｂ２Ｏ６、または２θが１８．５度および２８．０度にピークをもつＳｒＳｂ２Ｏ４を母体材料とするようにして無機ＥＬ材料を作製したので、紫外領域から青紫色領域にかけて、および赤色領域に、各々発光特性を有する無機ＥＬ材料を容易かつ安価に得ることができる。
【００１６】
また、母体材料となる、ＳｒＳｂ２Ｏ６およびＳｒＳｂ２Ｏ４のいずれにおいても、真空容器中に導入された、加熱した雰囲気ガスを変化させることによって作製することができるため、無機ＥＬ材料の作製プロセスを簡略化することができる。特に、１元素（酸素）の組成比を変えることのみで、異なる母体材料を作製しており、無機ＥＬ材料の発光の中心波長を容易に変化させることができるので、作製プロセスを極めて簡略化することができる。
【００１７】
また、本発明の無機ＥＬ素子によれば、無機ＥＬ材料を挟むようにして１組の電極が配置されたものとしているので、動作電流が小さく、応答性のよい無機ＥＬ素子を得ることができる。
【００１８】
また、本発明の画像表示装置によれば、いずれかの電極側から見たときにこれら２つの電極（上部電極および下部電極）が互いに交差するように配列されているので、より動作電流が小さい画像表示を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係る無機ＥＬ素子について図面を用いて説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る無機ＥＬ素子１００は、ガラス基板６上に、下部電極層（透明電極）５、下部絶縁層４、無機ＥＬ材料層３、上部絶縁層２、および上部電極層（アルミ電極）１を順次積層することにより形成されており、電源部８により両電極層１、５間に所定の交流電圧が印加されると、無機ＥＬ材料層３において紫外領域または可視領域のＥＬ発光が生じ、そのＥＬ発光が、可視領域の場合はそのまま、紫外領域の場合は所定の蛍光体（例えば、光反射可能な上部電極層１上に配される）により可視光７に変換された後、ガラス基板６を介して外部に出力される。
【００２０】
上記ガラス基板６は、下部電極層５の短絡を防ぐために絶縁性を有する板状の部材から構成されている。なお、ガラス基板６に替えて、合成石英ガラスやサファイヤ等の、紫外線や可視光に対して透明な材料からなる基板を用いてもよいが、通常の耐熱ガラスがより好適である。また、ガラス基板６に替えて、Ｓｉや各種のセラミックス等の、紫外線や可視光に対して不透明な材料からなる基板を用いることも可能であるが、発光を外部に出力するためには、少なくとも、基板とは他方側の電極（この場合には上部電極層１）は透明電極とする必要がある。
【００２１】
また、下部電極層５と上部電極層１は、無機ＥＬ材料を挟むように平行に形成された薄膜により構成されている。すなわち、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ＺｎＯ等の導電性を有し、かつ、紫外線や可視光に対して透明な材料により形成してもよいし、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等の紫外線や可視光に対して不透明な導電性材料で形成してもよい。ただし、少なくとも一方の電極層１、５は、発光を外部に出力するために透明電極とする必要がある。
【００２２】
また、上記絶縁層２、４は、例えばＳｉＯ２やＴａ２Ｏ５により形成されている。
この絶縁層２、４は、無機ＥＬ材料層３の上下面に各々配されることで、無機ＥＬ素子１００を安定に動作させる機能を有する。
【００２３】
また、無機ＥＬ材料層３は、Ｘ線回折スペクトルにおける２θが、１６．５度および２５．６度にピークをもつＳｒＳｂ２Ｏ６または１８．５度および２８．０度にピークをもつＳｒＳｂ２Ｏ４で表される結晶構造を有することが好ましい。ここで、Ｓｒは、Ｃａ、Ｂａ等のアルカリ土類元素と一部ないし全部を固溶置換することが可能である。
このような無機ＥＬ素子１００は、電源８を用いて下部電極層５と上部電極層１の間に電界をかけることにより、紫外領域から青色領域における発光、および赤色領域における発光を得ることができる。
【００２４】
ＳｒＳｂ２Ｏ６およびＳｒＳｂ２Ｏ４は、組成が類似しているものの、同一の元素を付活した場合にも、互いに異なる色の発光を得ることができる。例えば、Ｍｎイオンを微量付活したＳｒＳｂ２Ｏ６による発光の中心波長は約４７０ｎｍであり青色発光であるのに対し、Ｍｎイオンを微量付活したＳｒＳｂ２Ｏ４による発光の中心波長は約６５０ｎｍであり赤色発光である。また、Ｅｕイオンを微量付活したＳｒＳｂ２Ｏ６による発光の中心波長は約６００ｎｍ付近であり赤色発光であるのに対し、Ｅｕイオンを微量付活したＳｒＳｂ２Ｏ４による発光の中心波長は約３８０ｎｍおよび約４１１ｎｍであり、紫外から青紫色の発光である。
【００２５】
このように本実施形態によれば、２つの母体材料であるＳｒＳｂ２Ｏ６およびＳｒＳｂ２Ｏ４が、作製条件を変えることにより酸素元素の組成比のみを互いに異ならせることにより形成可能としているので、従来技術に比べ、多種類の材料を取り扱うＥＬ材料作製作業が容易となる。
【００２６】
また、上記２つの母体材料は、真空容器中に導入された、加熱した雰囲気ガスを変化させることによって作製することができるため、作製プロセスを簡略化することができる。
また、いずれの母体材料も酸化物から構成されており、硫化物によって構成した場合よりも組成比を制御することが容易であり、化学的、熱的に安定な無機ＥＬ材料を容易に得ることができる。
【００２７】
なお、この無機ＥＬ素子１００は任意の形状に配列することができ、例えば、表示内容に応じた配列とすることにより表示装置を作製することができる。また、青色や赤色の照明や装飾、あるいはセグメント形式によるカラー数字表示装置等に用いることができる。
【００２８】
さらに、他の発色を示す発光素子と組み合わせることによりフルカラー画像の表示が可能な画像表示装置を作製することもできる。
【００２９】
また、無機ＥＬ材料層３からの発光が紫外線である場合には、所定部位に設けた蛍光体により、紫外線を可視光に変換し、得られた可視光７を外部に出力するようにする。
この蛍光体としては、例えば、黄色発光用蛍光体であるＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、赤色発光用蛍光体であるＣａＳ：Ｅｕ、緑色発光用蛍光体であるＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ等が好適であるが、勿論これに限られるものではなく、波長３７０〜４２０ｎｍに励起帯を有する任意の蛍光体を用いることができる。
【００３０】
なお、蛍光体を設ける部位としては、上部電極層１上等が好適である。この場合には、無機ＥＬ材料層３から発光された紫外線が蛍光体により所望の可視光に変換され、光反射機能を有する上部電極層１により反射されて、ガラス基板６を介して外部に出力される。
【００３１】
また、本実施形態の無機ＥＬ素子１００は、酸化物から構成される無機ＥＬ材料を使用することで、その強度が１／ｅに減衰するまでの減衰時間が、Ｍｎイオンを付活した場合では１０〜５０μs程度となり、応答性のよい無機ＥＬ素子を得ることができる。また、Ｅｕイオンを付活した場合でも略同様の減衰時間であり、良好な応答性が得られる。
【００３２】
なお、本実施形態の画像表示装置としては、無機ＥＬ素子１００の電極層１、５が、いずれかの電極側から見たときに、互いに交差するように配列されるよう形成することが好ましい。また、いずれかの電極側から見たときに、これら電極層１、５の交差領域に、可視光または紫外線を発光する無機ＥＬ材料層３が形成されることが好ましく、さらに紫外線の場合には発光された紫外線を所望の可視光に変換する前述した如き蛍光体が配設されていることが好ましい。
【００３３】
この場合において、２つの電極層１、５が互いに交差する領域に配される蛍光体として赤色、緑色、青色の発光を各々示す蛍光体を用いることで、無機ＥＬ素子１００を用いてフルカラーの画像表示装置を作製することができる。
なお、本発明の無機エレクトロルミネッセンス材料、無機エレクトロルミネッセンス素子および画像表示装置としては、上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、絶縁層が上下１対配されているが、いずれか一方とすることも可能である。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例に係る無機ＥＬ素子を用いて、本発明をより具体的に説明する。
【００３５】
＜第１の無機ＥＬ素子＞
本実施例に係る無機ＥＬ素子を作製する際には、まず、ＳｒＯに対して、ＭｎまたはＭｎＯを０．１から１０
ｍｏｌ％の範囲で十分に混合させて第１の蒸着用ペレットを作製する。さらに、Ｓｂ２Ｏ５粉末を固めて第２の蒸着用ペレットを作製する。次に、２つの電子ビーム蒸発源を備えた真空蒸着装置内の、所定位置に上記２つの蒸着用ペレットを装着する。また、透明電極（下部電極層）付きのガラス板に、ＳｉＯ２またはＴａ２Ｏ５からなる絶縁層（下部絶縁層）を形成してなるガラス基板を真空蒸着装置内の所定位置に配設して基板温度を１００゜Ｃから３００゜Ｃ程度に保つ。この後、上記２種類の蒸着用ペレットを電子ビームで同時に加熱し、蒸着材料を蒸発させてガラス基板上に無機ＥＬ材料よりなる薄膜を形成する。
【００３６】
次に、ガラス基板上に生成した上記薄膜を、酸素を混合したアルゴンガス雰囲気中または酸素を混合した窒素ガス雰囲気中に設置し、電気炉を用い１時間以上に亘り５００゜Ｃ以上で加熱する。これにより、図２に示す如く、Ｘ線回折スペクトルにおける２θが１６．５度および２５．６度にピークをもつＳｒＳｂ２Ｏ６を母体材料とする蛍光薄膜を作製する。
なお、加熱する方法としては電気炉を用いたものに限れるものではなく、ランプを用いた高速加熱法などを適用することもできる。
【００３７】
さらに、この後、上記蛍光薄膜上に、ＳｉＯ２またはＴａ２Ｏ５からなる絶縁層（上部絶縁層）および電極（上部電極層）を形成する。
これにより、第１の無機ＥＬ素子を作製する。
【００３８】
＜第２の無機ＥＬ素子＞
次に、上記第１の無機ＥＬ素子における母体材料としてのＳｒＳｂ２Ｏ６を、ＳｒＳｂ２Ｏ４に替えることにより、第２の無機ＥＬ素子を作製する。
【００３９】
すなわち、母体材料としてＳｒＳｂ２Ｏ４を作製する場合には、ガラス基板上に生成した上記無機ＥＬ材料よりなる薄膜を、アルゴンガス雰囲気中または窒素ガス雰囲気中に設置し、電気炉を用い１時間以上に亘り５００゜Ｃ以上で加熱する。これにより、図３に示す如く、Ｘ線回折スペクトルにおける２θが１８．５度および２８．０度にピークをもつＳｒＳｂ２Ｏ４を母体材料とする蛍光薄膜を作製する。
【００４０】
＜第３の無機ＥＬ素子＞
次に、上記第１の無機ＥＬ素子に対し、第１の蒸着用ペレットを作製する際に、ＭｎまたはＭｎＯに替えて、ＥｕＦ３またはＥｕＯを用いるようにし、他は上記第１の無機ＥＬ素子の場合と同様にして第３の無機ＥＬ素子を作製する。
【００４１】
＜第４の無機ＥＬ素子＞
次に、上記第２の無機ＥＬ素子に対し、第１の蒸着用ペレットを作製する際に、ＭｎまたはＭｎＯに替えて、ＥｕＦ３またはＥｕＯを用いるようにし、他は上記第２の無機ＥＬ素子の場合と同様にして第４の無機ＥＬ素子を作製する。
【００４２】
＜スペクトルの測定結果＞
上記の如くして作製した、第１、第２、第３および第４の各無機ＥＬ素子について、発光されたＥＬのスペクトルを測定した。その測定結果を順次図４、図５、図６および図７に示す。
【００４３】
すなわち、第１の無機ＥＬ素子において、無機ＥＬ材料Ｍｎ付活したＳｒＳｂ２Ｏ６薄膜のＥＬ発光強度が最も高くなるときの発光の中心波長は、図４に示すように約４７０ｎｍであり、青色発光が得られる。
【００４４】
また、第２の無機ＥＬ素子において、無機ＥＬ材料Ｍｎ付活したＳｒＳｂ２Ｏ４薄膜のＥＬ発光強度が最も高くなるときの発光の中心波長は、図５に示すように約６５０ｎｍであり、赤色発光が得られる。
【００４５】
また、第３の無機ＥＬ素子において、無機ＥＬ材料Ｅｕ付活したＳｒＳｂ２Ｏ６薄膜のＥＬ発光強度が最も高くなるときの発光の中心波長は、図６に示すように約６００ｎｍ付近であり、赤色発光が得られる。
【００４６】
また、第４の無機ＥＬ素子において、無機ＥＬ材料Ｅｕ付活したＳｒＳｂ２Ｏ４薄膜のＥＬ発光強度が最も高くなるときの発光の中心波長は、図７に示すように、約３８０ｎｍおよび約４１１ｎｍであり、紫外から青紫色のＥL発光が得られる。
【００４７】
このように、本実施例に係る無機ＥＬ素子によれば、紫外領域から青紫色領域にかけて、および赤色領域において所望の発光が得られることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態の無機ＥＬ発光素子の積層構造を示す側部断面図
【図２】本実施例に係る無機ＥＬ材料ＳｒＳｂ２Ｏ６薄膜のＸ線回折スペクトルを示す図（２θが１６．５度および２５．６度以外のピークには下地のＩＴＯ透明電極の回折ピークを含む）
【図３】本実施例に係る無機ＥＬ材料ＳｒＳｂ２Ｏ４薄膜のＸ線回折スペクトルを示す図（２θが１８．５度および２８．０度以外のピークには下地のＩＴＯ透明電極の回折ピークを含む）
【図４】本実施例に係る、第１の無機ＥＬ素子（無機ＥＬ材料Ｍｎ付活したＳｒＳｂ２Ｏ６薄膜）のＥＬスペクトルを示す図
【図５】本実施例に係る、第２の無機ＥＬ素子（無機ＥＬ材料Ｍｎ付活したＳｒＳｂ２Ｏ４薄膜）のＥＬスペクトルを示す図
【図６】本実施例に係る、第３の無機ＥＬ素子（無機ＥＬ材料Ｅｕ付活したＳｒＳｂ２Ｏ６薄膜）のＥＬスペクトルを示す図
【図７】本実施例に係る、第４の無機ＥＬ素子（無機ＥＬ材料Ｅｕ付活したＳｒＳｂ２Ｏ４薄膜）のＥＬスペクトルを示す図
【符号の説明】
【００４９】
１    上部電極層
２    上部絶縁層
３    無機ＥＬ材料層
４    下部絶縁層
５    下部電極層
６    ガラス基板
７    可視光（ＥＬ発光）
８    電源
１００    無機ＥＬ素子
【図１】
2007204685.tif 000003
【図２】
2007204685.tif 000004
【図３】
2007204685.tif 000005
【図４】
2007204685.tif 000006
【図５】
2007204685.tif 000007
【図６】
2007204685.tif 000008
【図７】
2007204685.tif 000009